【优化方案】高中物理 第15章 第四节 广义相对论简介课件 新人教选修34.ppt

第三第三节节狭狭义义相相对论对论的其他的其他结论结论第四第四节节广广义义相相对论简对论简介介课前自主学案课前自主学案核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课标定位课标定位知能优化训练知能优化训练第第四四节节广广义义相相对对论论简简介介课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.知道相对论速度变换公式，相对论知道相对论速度变换公式，相对论质量和质能方程质量和质能方程2了解广义相对论的基本原理了解广义相对论的基本原理3初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据观测证据重点难点：狭义相对论的几个其他结论和质能关重点难点：狭义相对论的几个其他结论和质能关系系课前自主学案课前自主学案一、狭一、狭义义相相对论对论的其他的其他结论结论1.相相对论对论速度速度变换变换公式公式(1)速度速度变换变换公式公式:设设在高速的火在高速的火车车上上,火火车对车对地面的地面的速度速度为为v,车车上的人以速度上的人以速度u沿火沿火车车前前进进的方向相的方向相对对火火车车运运动动,那么他相那么他相对对地面的速度地面的速度u_,如果车上人的运动与火车的运动方如果车上人的运动与火车的运动方向相反，则他相对于地面的速度向相反，则他相对于地面的速度u_.(2)结论结论:光速光速c是宇宙速度的是宇宙速度的_,且相且相对对任何参考任何参考系系,光速都是光速都是_的的.极限极限不不变变2相对论质量相对论质量(1)经典力学经典力学:物体的质量是物体的质量是_的的,一定的力作一定的力作用在物体上产生的加速度用在物体上产生的加速度_,足够长时间后物足够长时间后物体可以达到体可以达到_的速度的速度.(2)相对论相对论:物体的质量随物体速度增大而物体的质量随物体速度增大而_.物体以速度物体以速度v运动时的质量运动时的质量m与与静止时的质量静止时的质量m0之间的关系是之间的关系是:m_,不不变变一定一定任意任意增大增大因因为总为总有有vc.可知运可知运动动物体的物体的质质量量m总总_它静它静止止时时的的质质量量m0.3质质能方程能方程物体物体质质量量m与其与其蕴蕴含的能量含的能量E之之间间的关系是的关系是:_.大于大于Emc2二、广义相对论简介二、广义相对论简介1广义相对性原理广义相对性原理在任何参考系中在任何参考系中,物理规律都是物理规律都是_的的2等效原理等效原理一个一个_的引力场与一个的引力场与一个_的参的参考系等价考系等价3广义相对论的几个结论广义相对论的几个结论(1)物质的物质的_使光线弯曲使光线弯曲(2)引力场的存在使空间不同位置的引力场的存在使空间不同位置的_出出现差别现差别,引力场越强引力场越强,时间时间_.相同相同均匀均匀做匀加速运做匀加速运动动引力引力时间进时间进程程越慢越慢核心要点突破核心要点突破例如例如:回旋加速器中被加速的粒子的回旋加速器中被加速的粒子的质质量会随粒子量会随粒子的加速明的加速明显显增加增加.导导致粒子致粒子圆圆周运周运动动的周期的周期变变大大.它它的运的运动动与加在与加在D形盒上的交形盒上的交变电压变电压不再同步不再同步.回旋回旋加速器加速粒子的最大能量因此受到了限制加速器加速粒子的最大能量因此受到了限制.答案：答案：大于大于二、对质能方程的理解二、对质能方程的理解质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量的质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量的关系：一定的质量总是和一定的能量相对应关系：一定的质量总是和一定的能量相对应具体从以下几个方面理解：具体从以下几个方面理解：1.静止物体的能量为静止物体的能量为E0m0c2,这种能量叫做物体这种能量叫做物体的静质能的静质能.每个有静质量的物体都具有静质能每个有静质量的物体都具有静质能.即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)21905年，爱因斯坦创立了年，爱因斯坦创立了“相对论相对论”,提出了提出了著名的质能方程著名的质能方程.下面涉及对质能方程理解的几种下面涉及对质能方程理解的几种说法中正确的是说法中正确的是()A若物体能量增大若物体能量增大,则它的质量增大则它的质量增大B若物体能量增大若物体能量增大,则它的质量减小则它的质量减小C若核反应过程质量减小若核反应过程质量减小,则需吸收能量则需吸收能量D若核反应过程质量增大若核反应过程质量增大,则会放出能量则会放出能量解析：解析：选选A.由由Emc2，若，若E增大，则增大，则m增大；增大；若若E减小，则减小，则m减小，故减小，故A正确、正确、B错若错若m减减小，则小，则E减小；若减小；若m增大，则增大，则E增大，故增大，故C、D错错三、广三、广义义相相对论对论的几个的几个结论结论1.光光线线在引力在引力场场中偏中偏转转:根据广根据广义义相相对论对论,物物质质的引的引力会使光力会使光线线弯曲弯曲,引力引力场场越越强强,弯曲越弯曲越厉厉害害.通常物体通常物体的引力的引力场场都太弱都太弱,但太阳引力但太阳引力场场却能引起光却能引起光线线比比较较明明显显的弯曲的弯曲.2.引力引力红红移移:按照广按照广义义相相对论对论,引力引力场场的存在使得空的存在使得空间间不同位置的不同位置的时间进时间进程出程出现现差差别别.例如例如,在在强强引力的引力的星球附近星球附近,时间进时间进程会程会变变慢慢,因此光振因此光振动动会会变变慢慢,相相应应的光的波的光的波长变长长变长、频频率率变变小小,光光谱线谱线会会发发生向生向红红光光一端移一端移动动的的现现象象.光光谱线谱线的的这这种移种移动动是在引力作用是在引力作用下下发发生的生的,所以叫所以叫“引力引力红红移移”.3.水星近日点的进动水星近日点的进动:天文观测显示天文观测显示,行星的轨道并行星的轨道并不是严格闭合的不是严格闭合的,它们的近日点它们的近日点(或远日点或远日点)有进动有进动(行星绕太阳一周后行星绕太阳一周后,椭圆轨道的长轴也随之有一椭圆轨道的长轴也随之有一点转动点转动,叫做叫做“进动进动”),这个效应以离太阳最近的这个效应以离太阳最近的水星最为显著水星最为显著,这与牛顿力学理论的计算结果有较这与牛顿力学理论的计算结果有较大的偏差大的偏差,而爱因斯坦的广义相对论的计算结果与而爱因斯坦的广义相对论的计算结果与实验观察结果十分接近实验观察结果十分接近.广义相对论所作出的以上预言全部被实验观测所广义相对论所作出的以上预言全部被实验观测所证实证实.还有其他一些事实也支持广义相对论还有其他一些事实也支持广义相对论.目前目前,广义相对论已经在宇宙结构、宇宙演化等方面发广义相对论已经在宇宙结构、宇宙演化等方面发挥主要作用挥主要作用.课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一质速关系的应用质速关系的应用例例例例1 1【答案答案】见见精精讲讲精析精析变变式式训练训练1一一观观察者察者测测出出电电子子质质量量为为2m0,求求电电子子速率是多少？速率是多少？(m0为电为电子静止子静止时时的的质质量量)答案：答案：0.866c类型二类型二质质能方程的能方程的应应用用电电子静止子静止时质时质量量为为9.11031kg,被加速器被加速器加速后加速后,其能量其能量为为1.28109eV,问问加速后加速后电电子的子的质质量是多少量是多少?是静止是静止质质量的多少倍量的多少倍?【思路点思路点拨拨】电电子被加速后的能量是子被加速后的能量是电电子的子的总总能量能量,而不只是而不只是电电子具有子具有动动能能,满满足公式足公式Emc2.例例例例2 2【答案答案】2.281027kg2505倍倍【方法总结方法总结】明确物体质能表达式明确物体质能表达式Emc2的的含义是解题的关键含义是解题的关键.如果物体静止如果物体静止,则则E0m0c2,如果此时物体还具有动能如果此时物体还具有动能Ek,则此时物体的能量则此时物体的能量为为EE0Ekmc2,其中其中m为物体运动时的质量为物体运动时的质量.变式训练变式训练2已知电子的静止能量为已知电子的静止能量为0.511 MeV,若电子的动能为若电子的动能为0.25 MeV,则它所增加的质量则它所增加的质量m与静止质量与静止质量m0的比值近似为的比值近似为()A0.1B0.2C0.5 D0.9 在适当的时候在适当的时候,通过仪器可以观察到太阳后面通过仪器可以观察到太阳后面的恒星的恒星,这说明星体发出的光这说明星体发出的光()A经太阳时发生了衍射经太阳时发生了衍射B可以穿透太阳及其他障碍物可以穿透太阳及其他障碍物C在太阳引力场作用下发生了弯曲在太阳引力场作用下发生了弯曲D经过太阳外的大气层时发生了折射经过太阳外的大气层时发生了折射类型三类型三对对广广义义相相对论结论对论结论的理解的理解例例例例3 3【思路点思路点拨拨】依据广依据广义义相相对论对论中的引力中的引力场场中的中的光光线线弯曲考弯曲考虑虑【精精讲讲精析精析】根据根据爱爱因斯坦的广因斯坦的广义义相相对论对论可知可知,光光线线在太阳引力在太阳引力场场作用下作用下发发生了弯曲生了弯曲,所以可以在所以可以在适当的适当的时时候候(如日全食如日全食时时)通通过仪过仪器器观观察到太阳后面察到太阳后面的恒星的恒星,故故C正确正确,A、B、D均均错错【答案答案】C变式训练变式训练3以下说法中，错误的是以下说法中，错误的是()A矮星表面的引力很强矮星表面的引力很强B时钟在引力场弱的地方比引力场强的地方走得时钟在引力场弱的地方比引力场强的地方走得快些快些C在引力场越弱的地方，物体长度越长在引力场越弱的地方，物体长度越长D在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移答案：答案：CD本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此点此进进入入课课件目件目录录按按ESC键键退出全屏播放退出全屏播放谢谢谢谢使用使用